2. Преобразователь частоты, содер жащий входной и выходной узлы и первую вращающуюс дифракционную решетку , отличающийс тем, что, с целью уменьшени амгши-тудной модул ции выходного сигнала и уменьшени потерь, входной и выходной узлы выполнены в виде двух параллельных отрезков диэлектрического волновода, расположенных на рассто нии (5-10) один от другого, а также введена втора вращающа с дифракционна решетка, при этом перва и втора вращающиес дифракционные решетки установлены диаметрально про тивоположно по обе стороны от двух параллельных отрезков диэлектрического волновода на рассто ни х не более Лд /2 от соответствующих отрезков диэлектрического волновода, а их период 2 определ етс из следующего выражени : д 1 4 , Л - длина волны в диэлектрическом волноводе; Уф - фазова скорость волны в диэлектрическом волноводе , С - скорость света в свободном пространстве, причем кажда из вращающихс дифракционных решеток выполнена в виде продольных канавок пр моугольного сечени на боковой поверхности металлического цилиндра, ось которого перпендикул рна оси соответствующего отрезка диэлектрического волновода. 3. Преобразователь по п.1, о т личающийс тем, что направление вращени второй вращающейс дифракционной решетки совпадает с направлением тэашени первой вращающейс дифракционной решетки.2. The frequency converter containing the input and output nodes and the first rotating diffraction grating, characterized in that, in order to reduce amplification modulation of the output signal and reduce losses, the input and output nodes are made in the form of two parallel segments of a dielectric waveguide arranged at a distance (5-10) from one another, a second rotating diffraction grating is also introduced, the first and the second rotating diffraction gratings are installed diametrically opposite on both sides of two parallel segments of dielectric waveguide at distances of no more Aq / 2 from the corresponding segments of dielectric waveguide, and the period of 2 is determined from the following expression: d 1 to 4, A - wavelength in the dielectric waveguide; UV is the phase velocity of a wave in a dielectric waveguide, C is the speed of light in free space, each of the rotating diffraction gratings made in the form of longitudinal grooves of rectangular cross section on the side surface of a metal cylinder, the axis of which is perpendicular to the axis of the corresponding segment of the dielectric waveguide. 3. The converter according to claim 1, in which the direction of rotation of the second rotating diffraction grating coincides with the direction of the first rotating diffraction grating.
Изобретение относитс к технике миллиметрового диапазона, а именно к преобразовател м частоты на основ эффекта Допплера, и может найти.при менение дл формировани опорного, сдвинутого по частоте сигнала при фазовых измерени х на миллиметровых волнах, а также дл калибровки приемников допплеровских радиолокационных станций. Известен преобразователь частоты содержащий параллелепипед и ультразвуковой излучатель на одной из его граней, который формирует в объеме диэлектрика движущуюс дифракционную решетку в виде бегущей ультразвуковой волны D3 Недостатком известного преобразовател частоты вл етс невозможность использовани его в миллиметровом диапазоне волн. Наиболее близким техническим решением к изобретению вл етс преобразователь частоты, содержащий входной и выходной узлы и вращающуюс дифракционную решетку 2 . Недостатками известного устройст вл ютс больша амплитудна модул и большие поци выходного сигнала терн. Цель изобретени - уменьшение амплитудной модул ции . выходного сигнала и уменьшение потерь. Указанна цель достигаетс тем, что согласно первому варианту в преобразователе частоты, содержащем входной и выходной узлы и вращающуюс дифракционную решетку, входной и выходной узлы вьшолнены в виде направленного ответвител на диэлектрических волноводах, к выходу основного плеча которого подсоединен дополнительный отрезок диэлектрического волновода, вращающа с дифракционна решетка размещена на рассто нии не более Ag/2 от дополнительного отрезка диэлектрического волновода, а период вращающейс дифракционной решетки равен lg/2 где Д„ - длина волны в диэлектрическом волноводе, при этом вращающа с дифракционна решетка выполнена в виде продольных канавок пр моугольного сечени на боковой поверхности металлического цилиндра, ось которого пер3 пендикул рна оси дополнительного от резка диэлектрического волновода. Согласно второму варианту в преобразователе частоты, содержащем входной и выходной узлы и первую вр щающуюс дифракционную решетку, вход ной и выходной узлы вьтолнены в вид двух параллельных отрезков диэлектрического волновода, расположенных на рассто нии (5-10)АВ один от дру гого, а также введена втора вращаю ща с дифракционна решетка, при этом перва и втора вращающиес дифракционные решетки установлены диаметрально противоположно по обе стороны от двух параллельных отрезков диэлектрического волновода на рассто ни х не более Ад/2 от соответствующих отрезков диэлектрического волновода, а их период Р определ етс из следующего выражени : , где и -- , Tig - длина волны в диэлектри ческом волноводеj Уф - фазова скорость волны в диэлектрическом волно воде; С - скорость света в свобод ном пространстве, причем кажда из вращающихс дифрак ционных решеток выполнена в вид.е пр дольных канавок пр моугольного сече ни , на боковой поверхности металлического цилиндра, ,ось которого перпендикул рна оси соответствующег отрезка диэлектрического волновода. При этом направление вращени вт рой вращающейс дифракционной решет совпадает с направлением вращени первой вращающейс дифракционной решетки. На фиг. 1 приведена конструкци преобразовател частоты; на фиг. 2 то же, вариант; на фиг. 3 - констру ци преобразовател частоты с второй вращающейс дифракционной решет кой; на фиг. 4 - конструкци вращающейс дифракционной решетки в виде цилиндра с винтовой канавкой; на фиг. 5 - конструкци вращающейс диф ракционной решетки на диске.. Преобразователь частоты по перво му варианту (фиг. 1) содержит вход344 ной и выходной узлы, выполненные в виде направленного ответвител 1 на диэлектрических волноводах, к выходу основного плеча которого подсоединен дополнительный отрезок 2 диэлектрического волновода, вращающуюс дифракционную решетку 3, расположенную на рассто нии не более Д. /2 от дополнительного отрезка 2 диэлектрического волновода и выполненную в виде продольных канавок пр моугольного сечени на боковой поверхности металлического цилиндра. Преобразователь частоты по второму варианту (фиг. 2) содержит входной и выходной узлы, выполненные в виде двух параллельных отрезков 4 и 5 диэлектрического волновода, расположенных на рассто нии (5-10) Ag один от другого, первую 6 и вторую 7 вращающиес дифракционные решетки, выполненные в виде продольных канавок пр моугольного сечени на боковой поверхности металлического цилиндра , ось которого перпендикул рна оси соответствующего отрезка диэлектрического волновода, притрем направление вращени второй вращающейс дифракционной решетки 7 совпадает с направлением вращени первой вращающейс дифракционной решетки 6. Вращающиес дифракционные рещетки могут быть вьтолнены в нескольких вариантах. На фиг. 4 изображена вращающа с дифракционна решетка 3 в виде металлического цилиндра с винтовой продольной канавкой пр моугольного сечени . Такую вращающу- юс дифракционную решетку 3 необходимо устанавливать с возможностью вращени вокруг оси металлического ци- ; линдра. Ось металлического цилиндра должна быть параллельна оси отрезка диэлектрического волновода, вблизи которого она расположена. На фиг. 5 изображена вращающа с дифракционна решетка 3, выполненна в виде радиальных металлических полос на диэлектрическом диске. Такую вращающуюс дифракционную решетку 3 необходимо устанавливать с йозможностью вращени вокруг оси диэлектрического диска. Ось соответствующего диэлектрического волновода должна быть параллельна плоскости диэлектрического днска, а рассто ние меиду осью диэлектрического диска и осью отрезка диэлектрического волновода должно быть на несколько длин волн меньше радиуса диэлектрического дис ка. Преобразователь частоты по первому варианту работает следующим образом. Q Вращающа с дифракционна решетка 3 с периодом, равным половине длины волны в диэлектрическом волно воде, расположенна на рассто нии н более АЗ/2 волны от дополнительного отрезка 2 диэлектрического волновод вл етс отражателем дл распростра н к цейс по нему волны. Коэффициент отражени теоретически равен 100%, реально достижима величина 80-90% Вращение вращающейс дифракционной решетки 3 приводит к допплеровс кому сдвигу частоты отраженной волны на величину ,где V -ско рость движени элементов вращающейс дифракционной решетки 3 вдоль ос дополнительного отрезка 2, - период вращающейс дифракционной решетки 3. Входной и выходной узлы служат дл разделени пр мой волны, не-сдвинутой по частоте, и обратной волны, сдвинутой по частоте. Часть энергии пр мой волны переходит в основное плечо направленного ответвител 1, часть энергии обратной волны переходит в обратное плечо на равленного ответвител 1. Амплитудна модул ци выходного сигнала может быть подавлена до желаемой величины за счет повьшени направленности направленного ответвител 1. Общий КПД преобразовател частоты может достигать 99% при переходн ослаблении 0,458 дБ. При этом 90% мощности источника ответвл етс в основное плечо направленного ответвител 1, 9% мощности ответвл етс в обратное плечо направленного ответвител 1, 1 % мощности отражаетс к источнику. Направленный ответвитель 1 на ос нове двух св занных идентичных диэлектрических волноводов наиболее приемлем в реальной конструкции, так как обладает исключительно высо кой направленностью и легко регулир емым переходным ослаблением. Преобразователь частоты по второ му варианту работает следующим образом . Поверхностна электромагнитна волна, распростран юща с по отрезку 4 диэлектрического волновода,в результате дифракции на вращающейс дифракционной решетке 6 излучаетс в пространство между параллельными отрезками 4 и 5 диэлектрического волновода. В результате вращени враЩающейс дифракционной решетки 6 излJrчeннa волна получает допплеровский сдвиг по частоте, равный Д -р , где V - скорость движени элементов вращающейс дифракционной решетки 6, - период вращающейс Дифракционной решетки 6. Дифракци излученной волны на системе , состо щей от отрезка 5. диэлектрического волновода и вращающейс дифракционной решетки 7, приводит к возбуждению поверхностной электромагнитной волны в отрезке 5 диэлектрического волновода. Параллельные отрезки 4 и 5 диэлектрического волновода должны быть расположены на таком рассто нии один от другого, чтобы между ними отсутствовала непосредственна элект родинамическа св зь,т.е.на рассто нии не менее нескольких длин волн. Рассто ние между параллельньми отрезками диэлектрического волновода до.пжно быть небольшим, чтобы больша часть энергии, излзченной вращающейс дифракционной решеткой 6 из отрезка 4 диэлектрического волновода, перехватьшалась системой отрезок 5 диэлектрического волновода - вращающа с дифракционна решетка 1, Этим требовани м удовлетвор ет рассто ние в 5-10 длин волн между волноводами и расположение вращающихс дифракционных решеток 6 и 7 напротив друг друга с внешней стороны параллельных отрезков 4 и 5 диэлектрического волновода. Рассто ние между вращающимис дифракционными решетками б и 7 и соответствующими параллельными отрезками 4-и 5 диэлектрического волновода должно быть не более половины длины волны дл эффективного вьшода энергии из отрезка 4 диэлектрического волновода и ввода.ее в отрезок 5 диэлектрического волновода посредством вращающихс дифракционных решеток 6 и 7Период вращающейс дифракционной решетки 6 или 7 находитс в заданных пределах дл излучени в свободное пространство только одной простран ственной гармоники. Отсутствие непосредственной.св зи между параллельными отрезками 4 и 5 диэлектрического волновода и условие излучени только одной пространственной гармоники, сдвинутой по частоте, позвол ет полностью подавить амплитудную модул цию выходного сигнала. Услови идентичности отрезков ч и 5 диэлектрического волновода - их параллельности и равенства периодов вращающихс дифракционных решеток 6 и 7 - необходимы дл того, чтобы вол на, излученна вращающейс дифракционной решеткой 6 из входного отрезка диэлектрического волновода падала на систему отрезок 5 диэлектрического волновода - вращающа с дифракционна решетка -под оптимальным ракционна решетка / HUA углом, соответствующим максимуму вве денной мощности в отрезок 5 диэлект рического волновода ( угол излучени входного устройства равен углу прие выходного). Преобразователь частоты по второму варианту технического решени (фиг. 2) работает следующим образом Поверхностна электромагнитна волна, распростран юща с по отрезку 4 диэлектрического волновода, в результате дифракции на вращающейс The invention relates to a millimeter-wave technique, namely, frequency converters based on the Doppler effect, and can be used to generate a reference frequency-shifted signal during millimeter-wave phase measurements, as well as to calibrate receivers of Doppler radar stations. A frequency converter containing a parallelepiped and an ultrasonic emitter on one of its faces is known, which forms a moving diffraction grating in the form of a traveling ultrasonic wave D3 in the dielectric volume. The closest technical solution to the invention is a frequency converter comprising input and output nodes and a rotating diffraction grating 2. The disadvantages of the known device are a large amplitude modulus and large parats of the output signal of the turn. The purpose of the invention is to reduce amplitude modulation. output signal and loss reduction. This goal is achieved by the fact that according to the first embodiment, in a frequency converter comprising input and output nodes and a rotating diffraction grating, the input and output nodes are filled in the form of a directional coupler on dielectric waveguides, to the output of the main arm of which an additional segment of the dielectric waveguide rotating diffraction is connected the grating is located at a distance of not more than Ag / 2 from the additional segment of the dielectric waveguide, and the period of the rotating diffraction grating is equal to l g / 2 where Ai is the wavelength in the dielectric waveguide, wherein the rotating diffraction grating is made in the form of longitudinal grooves of rectangular cross section on the side surface of the metal cylinder, the axis of which is perpendicular to the axis of the additional dielectric waveguide. According to the second variant, in the frequency converter containing the input and output nodes and the first rotating diffraction grating, the input and output nodes are made in the form of two parallel segments of the dielectric waveguide, located at a distance of (5-10) AB one from the other, as well as A second rotating diffraction grating is introduced, the first and the second rotating diffraction gratings are diametrically opposed on either side of two parallel segments of the dielectric waveguide at distances of not more than Ad (2) from the corresponding segments of the dielectric waveguide, and their period, P, is determined from the following expression:, where and, Tig is the wavelength in the dielectric waveguide and Uf is the phase velocity of the wave in the dielectric waveguide; C is the speed of light in free space, and each of the rotating diffraction gratings is made in the form of longitudinal grooves of a rectangular cross section on the side surface of a metal cylinder, whose axis is perpendicular to the axis of the corresponding segment of the dielectric waveguide. In this case, the direction of rotation of the second rotating diffraction grating coincides with the direction of rotation of the first rotating diffraction grating. FIG. 1 shows the design of the frequency converter; in fig. 2 the same, option; in fig. 3 shows the design of a frequency converter with a second rotating diffraction grating; in fig. 4 shows a rotating grating in the form of a cylinder with a helical groove; in fig. 5 - design of a rotating diffraction grating on a disk. The frequency converter according to the first embodiment (Fig. 1) contains an input344 and output nodes made in the form of a directional coupler 1 on dielectric waveguides, to the output of the main arm of which an additional segment 2 of the dielectric waveguide is connected rotating diffraction grating 3, located at a distance of not more than D / 2 from the additional segment 2 of the dielectric waveguide and made in the form of longitudinal grooves of rectangular cross section on the side along the surface of a metal cylinder. The frequency converter according to the second variant (Fig. 2) contains input and output nodes made in the form of two parallel segments 4 and 5 of the dielectric waveguide located at a distance of (5-10) Ag from one another, the first 6 and the second 7 rotating diffraction gratings made in the form of longitudinal grooves of rectangular cross section on the side surface of a metal cylinder, the axis of which is perpendicular to the axis of the corresponding dielectric waveguide segment, with a priter the direction of rotation of the second rotating diffraction grating 7 and coincides with the direction of rotation of the first rotating diffraction grating 6. The rotatable diffraction reschetki vtolneny may be several variants. FIG. Figure 4 shows a rotating diffraction grating 3 in the form of a metal cylinder with a helical longitudinal groove of rectangular cross section. Such a rotating diffraction grating 3 must be installed with the possibility of rotation around the axis of the metal cy; lindra. The axis of the metal cylinder must be parallel to the axis of the segment of the dielectric waveguide, near which it is located. FIG. Figure 5 shows a rotating diffraction grating 3, made in the form of radial metal bands on a dielectric disk. Such a rotating diffraction grating 3 must be installed with the possibility of rotation around the axis of the dielectric disk. The axis of the corresponding dielectric waveguide should be parallel to the plane of the dielectric DNA, and the distance between the axis of the dielectric disk and the axis of the dielectric waveguide should be several wavelengths less than the radius of the dielectric disk. The frequency converter in the first embodiment works as follows. Q The rotating diffraction grating 3 with a period equal to half the wavelength in the dielectric waveguide located at a distance n more than AZ / 2 wave from the additional segment 2 of the dielectric waveguide is a reflector for propagating to it. The reflection coefficient is theoretically equal to 100%. A value of 80-90% is actually achievable. Rotation of the rotating diffraction grating 3 leads to a Doppler shift of the frequency of the reflected wave by an amount where V is the speed of movement of the elements of the rotating diffraction grating 3 along the axis of the additional segment 2, is the period of rotation a diffraction grating 3. The input and output nodes serve to separate a non-frequency-shifted straight wave and a frequency-shifted return wave. A part of the direct wave energy goes to the main arm of the directional coupler 1, a part of the return wave energy goes into the opposite arm to the equalized coupler 1. The amplitude modulation of the output signal can be suppressed to the desired value due to the directional direction of the directional coupler 1. reach 99% with a transition attenuation of 0.458 dB. In this case, 90% of the source power branches into the main arm of the directional coupler 1, 9% of the power branches into the reverse arm of the directional coupler 1, 1% of the power is reflected to the source. A directional coupler 1 based on two coupled identical dielectric waveguides is most appropriate in a real design, since it has an extremely high directivity and easily adjustable transient attenuation. The frequency converter according to the second variant works as follows. A surface electromagnetic wave propagating along segment 4 of the dielectric waveguide, as a result of diffraction on a rotating diffraction grating 6, is radiated into the space between the parallel segments 4 and 5 of the dielectric waveguide. As a result of rotation of the rotating diffraction grating 6, the jagged wave receives a Doppler shift in frequency equal to D-p, where V is the speed of the elements of the rotating diffraction grating 6, is the period of the rotating diffraction grating 6. The diffraction of the emitted wave on the system consisting of segment 5. a dielectric waveguide and a rotating diffraction grating 7, leads to the excitation of a surface electromagnetic wave in segment 5 of the dielectric waveguide. Parallel sections 4 and 5 of the dielectric waveguide must be located at a distance from one another so that there is no direct electrodynamic connection between them, i.e., a distance of at least several wavelengths. The distance between the parallel segments of the dielectric waveguide is sufficiently small so that most of the energy absorbed by the rotating diffraction grating 6 from segment 4 of the dielectric waveguide is intercepted by the system of segment 5 of the dielectric waveguide - rotating diffraction grating 1, these requirements are met by 5-10 wavelengths between the waveguides and the arrangement of rotating diffraction gratings 6 and 7 opposite each other on the outside of the parallel segments 4 and 5 of the dielectric waveguide. The distance between the rotating diffraction gratings b and 7 and the corresponding parallel segments 4 and 5 of the dielectric waveguide should be no more than half the wavelength for effective energy output from segment 4 of the dielectric waveguide and input into segment 5 of the dielectric waveguide by means of rotating diffraction gratings 6 and 7 The period of the rotating diffraction grating 6 or 7 is within the prescribed limits for emitting only one spatial harmonic into the free space. The lack of direct connection between parallel segments 4 and 5 of the dielectric waveguide and the condition of emitting only one spatial harmonic, shifted in frequency, completely suppresses the amplitude modulation of the output signal. The conditions for the identity of the segments h and 5 of the dielectric waveguide — their parallelism and the equality of the periods of the rotating diffraction gratings 6 and 7 — are necessary so that the wave emitted by the rotating diffraction grating 6 from the input segment of the dielectric waveguide falls on the segment of the dielectric waveguide 5 rotating diffraction grating lattice - under the optimum rak'atsionny lattice / HUA angle corresponding to the maximum input power in segment 5 of the dielectric waveguide (the radiation angle of the input device is en the reception weekend corner). The frequency converter according to the second embodiment of the technical solution (Fig. 2) operates as follows: A surface electromagnetic wave propagating along segment 4 of the dielectric waveguide, as a result of diffraction on a rotating
5 115 11
/.4/ ифракционной решетке 6 излучаетс пространство между отрезками 4 и 5 иэлектрического волновода. В резульате вращени вращающейс дифракцинной решетки 6 излученна волна поучает допплеровский сдвиг по частоте , равный а , где U - скорость движени элементов вращающейс дифракционной решетки 6, 8 - период вращающейс дифракционной решетки 6. Дифракци излученной волны на системе , состо щей из отрезка 5 диэлектрического волновода и вращающейс дифракционной решетки 7, приводит к возбуждению поверхностной электромагнитной волны в отрезке 5 диэлектрического волновода.В результате вращени вращающейс дифракционной решетки 7 волна, возбу денна в отрезке 5 диэлектрического волновода, получает допплеровский сдвиг по частоте , равнык , где (J скорость движени элементов вращающейс рость движени элементов дифракционной решетки 7, t - период вращающейс дифракционной решетки 7. Суммарный сдвиг частоты на выходе преобразовател частоты составл ет , - -тZ V. Предлагаемый преобразователь частоты обладает лучшими параметрами по сравнению с известными преобразовател ми в миллиметровом диапазоне длин волн: меньшей амплитудной модул цией выходного сигнала и меньшими потер ми. . (4.4) the space between segments 4 and 5 and the electric waveguide are radiated from the diffraction grating 6. As a result of rotation of a rotating diffraction grating 6, the emitted wave produces a Doppler frequency shift equal to a, where U is the speed of movement of the elements of the rotating diffraction grating 6, 8 is the period of the rotating diffraction grating 6. The diffraction of the emitted wave on a system consisting of section 5 of the dielectric waveguide and a rotating diffraction grating 7, leads to the excitation of a surface electromagnetic wave in the segment 5 of the dielectric waveguide. As a result of the rotation of the rotating diffraction grating 7, the wave, excitation in section 5 of the dielectric waveguide, receives a Doppler frequency shift, equal to, where (J the speed of the moving elements of the rotating motion of the elements of the diffraction grating 7, t is the period of the rotating diffraction grating 7. The total frequency shift at the output of the frequency converter is, - - tZ V. The proposed frequency converter has better parameters than the known converters in the millimeter wavelength range: less amplitude modulation of the output signal and smaller in ep E. .